從2019日本機能性材料與Nanotech展看高分子新材料發展動向

 

刊登日期:2019/4/17
  • 字級

高信敬/工研院材化所

一. 前言
2019年日本機能性材料與Nanotech展於年初在日本東京Big Sight舉行,計有4萬多人到場觀展,參展家數約600多家,參展攤位約700多個,涵蓋全球20多個國家。其中Nanotech 2019今年是第18屆舉行,整體展覽的大標題訴求為:超智慧社會實現的奈米技術!本文將針對此次兩大展,篩選與高分子新材料發展動向相關之重點特色新資訊做一扼要之介紹,期能對相關業界有所助益。

二. 展場巡禮
1. 高剛韌Nylon6/GF Nano-alloy composite(Toray)
Toray公司的這項技術榮獲本屆Nanotech 2019評審之Green Technology大賞!傳統Nylon/GF 熱塑複合材具有高強度/高剛性特色,惟韌性Toughness卻大幅下降。換言之,高剛高韌是互相衝突,無法兩全齊美;Toray公司據此發展出高剛高韌Nylon6+環動高分子+GF 補強之nanoalloy-composite。首先,透過創新分子設計合成出環動高分子,該環動高分子由PEG為分子鏈軸心,四周注入環糊精(Cyclodextrin)的環狀分子鏈圈,形成環動高分子Polyrotaxane聚輪烷的高Tough polymer matrix。由線軸PEG分子鏈和環糊精環分子鏈組成的鍵結互鎖分子鏈微結構,其中多個Cyclodextrin環旋擰到PEG分子軸上,並防止兩個龐大的端基脫鏈。

 
環動高分子聚輪烷還能夠將吸收衝擊的能量輸入轉換成分子運動,因為環運動性的Free-volumn可以通過外部刺激來控制。而且環能夠沿著軸自由穿梭並且繞軸自由旋轉,這導致提升聚輪烷的大量內部自由體積,因而展現鍵結互鎖分子結構可以保持在滑環材料中,環的交聯可以自由地沿軸線通過,以平衡穿線聚合物網絡的張力,這類似於滑輪。利用這種特定的結構,滑環材料由於其不同的機械性能可以製造高度Tough可拉伸的工程級材料,環動高分子Nano-alloy微結構如圖一所示。
 
圖二、Toray設計出Ring環官能化的Polyrotaxane
圖二、Toray設計出Ring環官能化的Polyrotaxane
 
由圖二中可看出,Toray公司創新設計出Ring環官能化的Polyrotaxane,據此再與Nylon6研製超高Tough 環動高分子Nano-alloy。後續再添加GF補強研製Nano-alloy Composite,可展現出兼具高剛性與高韌性的兩全其美特色。應用領域聚焦輕量化EV汽車防撞外板與避震彈簧/碳纖補強輪圈等產品,如圖三~圖八所示。由圖九可看出Toray公司追求高端材料極限特性與鎖定未來發展領域的開發決心,展現出該公司高度創新的座右銘(Innovation by Chemistry),令人欽佩。
 
圖三、環動高分子Nano-alloy的超高Toughness機制
圖三、環動高分子Nano-alloy的超高Toughness機制
 
圖四、環動高分子Nano-alloy的超高斷裂伸長率
圖四、環動高分子Nano-alloy的超高斷裂伸長率
 
圖五、GF補強環動高分子Nano-alloy的衝擊試驗
圖五、GF補強環動高分子Nano-alloy的衝擊試驗
 
圖七、環動高分子Nano-alloy Composite研製EV輕量化後輪懸吊避震彈簧 圖七、環動高分子Nano-alloy Composite研製EV輕量化後輪懸吊避震彈簧
 
2. PPS/CF LFRTP射出複材膠粒(Toray)
Toray透過PPS官能化改質與CF表面的處理技術,成功開發出PPS/CF LFRTP射出複材膠粒,具有優越之Matrix/CF界面接著強度,展現超高強度特色,性能直逼鋁合金的類金屬高端工程塑膠,如圖十所示 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖十、Toray開發出之PPS/CF LFRTP射出複材膠粒,具有優越之Matrix/CF界面接著強度,展現超高強度特色
圖十、Toray開發出之PPS/CF LFRTP射出複材膠粒,具有優越之Matrix/CF界面接著強度,展現超高強度特色

分享